2.1单元的选用与划分

2.1.1结构有限元建模的单元选择

机械结构件大都较复杂，尤其是床身、立柱等大中型结构件，进行有限元分析 时，简单地使用某一类单元进行离散模拟，难以真实反映实际结构的力学特性。针对 不同结构或同一结构不同区域的几何、载荷特征釆用合适的单元模拟可使有限元模型 更切实际，如结构件的壁板用壳单元模拟，加强肋、丝杠等用梁单元模拟，轴承座等 不规则实体可用体单元模拟。为此，复杂结构的有限元模型通常是混合单元模型。

机械结构离散时常用的体单元有四面体单元solid92、六面体单元sdid45或 _S〇lid95,而壳单元一般选用低阶的shell63即可满足计算精度要求。使用四面体单元进 行自由网格划分可通过软件自动完成，效率高，但离散后节点数量多，计算规模大、 时间长。四面体单元应用于复杂结构时，为避免网格划分失败，往往需要提髙单元密 度或对结构几何特征作较大的简化。六面体单元计算精度髙，但应用于几何特征复杂 的结构件时，网格划分繁琐、难度高，需耗费大量的时间。壳单元形态容易控制，网 格质量相对较高，应用于模拟床身等机床结构件的壁板可大幅减小有限元模型的节点 数量，大大缩小计算规模，降低对计算机性能的要求，提髙计算效率。但壳单元的使 用对结构几何尺寸有一定的要求，且使用壳单元模拟偏向于厚壳的实体，计算精度不 如体单元模型。实际应用时，需要结合分析对象的特点，灵活选择其中的若干种建立 结构的混合单元模型。

2.1.2壳单元使用要求和划分方法

应用壳单元模拟结构，要求使用壳单元的区域满足厚度尺寸远小于平面长度尺 寸。但对于单个壳单元，则无此限制，在较精细的网格中，可能包含厚度尺寸大于平 面内尺寸的壳单元。文献[17]指出，厚度尺寸表示为f，平面内尺寸表示为6,薄板的 "办值的范围应满足：

(1/100 ?1/80)以/6S(l/8 ?1/5)                                                                                                 (2.1)

在此范围之外，值大的称为厚板，小的称为薄膜。

一般厚度尺寸/小于典型整体结构尺寸的1/10,就可以用壳单元进行模拟。其中， 典型整体结构尺寸包括^[18]:

1)     支撑点之间的距离；

2)      加强件之间的距离或截面厚度有很大变化部分之间的距离；

3)     曲率半径；

4)      所关注的阶振动模态的波长。

使用壳单元模拟板壳实体，可先提取实体的中面，然后在中面上划分壳单元，并 通过设置壳单元的实常数模拟实体的厚度。如有需要，可通过指定一个偏置量使中面 偏离中间位置，如图2.1所示。

本文采摘自“SGM50A卧式加工中心关键结构件结构分析与动态优化”，因为编辑困难导致有些函数、表格、图片、内容无法显示，有需要者可以在网络中查找相关文章！本文由伯特利数控整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！